電動汽車車載電源LLC諧振變換器滑模控制研究

黃建平

摘要：隨著人們對環(huán)境污染問題不斷重視，使用不可再生能源已經(jīng)被當(dāng)前汽車工業(yè)所淘汰，如何降低汽車耗能，提升電機系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)等重要系統(tǒng)的性能，成為當(dāng)前汽車領(lǐng)域的研究課題。本文圍繞電動汽車車載電源LLC諧振變換器滑模控制的優(yōu)化進(jìn)行分析，提出電動汽車驅(qū)動系統(tǒng)采用寫真變換器滑膜的控制系統(tǒng)改善思路，降低總體系統(tǒng)體積和成本，減少功率開關(guān)數(shù)量，利用電機驅(qū)動序電壓的工作原理。使得汽車新型變換器能夠提升系統(tǒng)的動態(tài)負(fù)載性能。

關(guān)鍵詞：電動汽車;車載電源;LLC

本文研究電動汽車綜合性能，對于車載電源的諧振變換器滑膜控制效果進(jìn)行論述。采用電源性能測試的方法，得出電動汽車驅(qū)動電機模擬負(fù)載試驗下驅(qū)動電機直流調(diào)速系統(tǒng)的運行情況。采用聯(lián)合仿真的方法，運用模糊pld控制和pld直流調(diào)速控制的對比方法，認(rèn)為電動汽車車載電源性能循環(huán)狀態(tài)下對控制系統(tǒng)性的仿制仿真，經(jīng)過實踐驗證和實驗結(jié)果證明，控制精度和動態(tài)性能方面，模糊pId控制策略優(yōu)于pId控制策略。

1LLC諧振變換器系統(tǒng)工作原理分析

LLC諧振變換器系統(tǒng)的設(shè)計旨在增強電動汽車車載電源抗負(fù)載擾動性，減少系統(tǒng)開關(guān)損耗，LLC諧振變換器系統(tǒng)輸出的電壓受到過沖現(xiàn)象的影響，可以通過改進(jìn)的模糊控制和滑膜控制，實現(xiàn)系統(tǒng)滑膜面擴展，利用描述函數(shù)建立非線性模型，將LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器內(nèi)部結(jié)構(gòu)加以顯示，能夠看到通過汽車車載電源LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜控制的改善，能夠?qū)ω?fù)載擾動進(jìn)行響應(yīng)，通過動態(tài)非線性滑膜面設(shè)計了整個運動過程中的滑動模態(tài)運動，在附繞負(fù)載擾動較大的情況下，能夠提高電動汽車車載電源控制系統(tǒng)動態(tài)品質(zhì)，解決傳統(tǒng)的pID控制器無法進(jìn)行滑模控制的問題。LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜制方法，能夠提高系統(tǒng)運行效率，LLC諧振變換器系統(tǒng)滑模控制系統(tǒng)有利于電動汽車車載電源控制，提升性能，實現(xiàn)動態(tài)品質(zhì)。LLC諧振變換器系統(tǒng)是一個非線性、強耦合、多輸入的系統(tǒng)，具有高功率、高效率的特征，同時具有低成本和高可靠性。適用于當(dāng)前新能源車載電源高性能需求。隨著新能源電器的發(fā)展，傳統(tǒng)的汽車變換器系統(tǒng)受到大幅在擾動以及電外界的電磁干擾，容易出現(xiàn)全負(fù)載范圍內(nèi)的功率密度提升，效率降低的問題。因此利用LLC諧振變換器系統(tǒng)適合車載電源應(yīng)用場合，將電感電流輸出電壓以及積分設(shè)計變換器進(jìn)行輸入電壓變化的控制，采用LLC諧振變換器系統(tǒng)滑膜控制，提高系統(tǒng)的運行性能。這一系統(tǒng)采用雙環(huán)PI控制，具有魯棒性強、動態(tài)響應(yīng)等優(yōu)勢。

2LLC諧振變換器系統(tǒng)切換控制提升技術(shù)應(yīng)用

LLC諧振變換器系統(tǒng)運行參數(shù)的設(shè)置嚴(yán)格控制條件，實現(xiàn)動態(tài)空間模型的設(shè)置，建立一項全球狀態(tài)空間的滑動運動，穩(wěn)態(tài)運動和pwm控制運動。通過優(yōu)化LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器輸出電壓動態(tài)響應(yīng)，實現(xiàn)線性的推導(dǎo)，選取滑膜面的LLC諧振變換器系統(tǒng)具有高階、非線性特性，選滑膜控制之后，其工作原理得到優(yōu)化。DC/DC變換器恒壓模式控制系統(tǒng)下的車載電源，通過擴展函數(shù)建立了系統(tǒng)模型，能夠應(yīng)對系統(tǒng)大幅在變化，魯棒性高，而RLLC諧振變換器系統(tǒng)也將系統(tǒng)的動態(tài)性能加以提升。

（1）變換器工作情況描述，對于電動汽車車載電源電壓輸入輸出，選取全橋LLC諧振變換器系統(tǒng)變換器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，滿足大電流工作要求，實現(xiàn)低電壓、零電流關(guān)斷等技術(shù)。在這一工作模式下，諧振變換器電壓負(fù)便采用全波整流，電路中存在多個儲能元件，LLC諧振變換器系統(tǒng)諧振電容以及變換器磁震、電感工作狀態(tài)處在軟開關(guān)狀態(tài)，模糊PID控制技術(shù)提高電源系統(tǒng)工作效率，通過擴展函數(shù)建立系統(tǒng)模型，實現(xiàn)系統(tǒng)的整體化膜運動，用于電動汽車車載電壓恒壓模式充電控制上仿真和實驗均表明系統(tǒng)的穩(wěn)定性增強。設(shè)計的滑膜控制器實現(xiàn)動態(tài)跟蹤，對控制系統(tǒng)來說能夠抗擊負(fù)載擾動過大的問題，解決了傳統(tǒng)PED控制器，車載電源控制系統(tǒng)上無法實現(xiàn)動態(tài)品質(zhì)提升的問題。

（2）系統(tǒng)穩(wěn)定后在保持電壓環(huán)閉環(huán)調(diào)制的同時，將模塊移相占空比調(diào)節(jié)為共同占空比D減去一個恒定偏置量，取恒定偏置量為共同占空比的40%，DC-DC變換器模塊的移相占空比的減小量，DC/DC變換器模塊總的負(fù)載電流保持不變，在全負(fù)載范圍內(nèi)移相占空比的增加量移相占空比可以表示為：d2=D+Ad2Ad2s第二個模塊輸出電流的減少量，調(diào)節(jié)器輸出移相進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，其中Ad'為模塊間參數(shù)不匹配的補償量兩模塊輸出電流相等，采用LLC/DCX組成交錯并聯(lián)結(jié)構(gòu)可以擴展功率容量，實現(xiàn)模塊間均流;進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)后，兩模塊輸出電流相等，實現(xiàn)模塊間均流。LLC諧振變換器系統(tǒng)目前具有高功率、密度高、效率高頻化的特點，開關(guān)損耗小、效率高，軟開關(guān)特性體現(xiàn)其本質(zhì)，相對傳統(tǒng)的PWM變換器，能夠進(jìn)行原片開關(guān)管的零電流關(guān)斷和負(fù)電整流二極管的磁繼承，而RLLC諧振變換器系統(tǒng)在輸出上已經(jīng)適用于高功率、密度大的場合，因此防止輸出電流不能平均分配的問題，減小輸出電波，提高功率密度，實現(xiàn)兩路LLC諧振DCX交錯定點，目前是較為可靠的關(guān)鍵技術(shù)，適用于半橋和全橋拓?fù)渚骺刂撇呗裕瑓f(xié)證元件參數(shù)變化，對電壓增益的影響予以重點考慮。仿真結(jié)果驗證不均有原因，導(dǎo)致的正確性降低的問題。在交錯并聯(lián)LLC/DCX，為防治輸出電流不均，引入了雙向開關(guān)管，建立了基于雙向開關(guān)管的PWM控制策略，開關(guān)管同時導(dǎo)通電管區(qū)具有升壓特性，提高了變換器的電壓增益，搭建200w的樣機交錯并聯(lián)，進(jìn)行實驗中根據(jù)理論分析和設(shè)計的正確性，針對交錯并量并聯(lián)全橋LLC/DCX不均等問題，引入一項調(diào)制策略，進(jìn)行電壓增益和推導(dǎo)一項角的關(guān)系分析，討論一項均流控制策略的應(yīng)用，可將不均流量有10%以上減少到5%以下，具有較好的均流效果。

（3）電流從勵磁電感Lm和變壓器初級側(cè)流出，經(jīng)過諧振電容回到勵磁電感、諧振電感、第二開關(guān)管的體二極管、第一開關(guān)管和變壓器的初級側(cè)，變壓器的次級側(cè)輸入的電流大于零，在這個半周的時間段內(nèi)，第一全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)的交流給諧振電容充電，經(jīng)過第一開關(guān)管，在半周的時間段內(nèi)，至一個較高電壓值側(cè)的兩端的電壓被鉗位至。在下半周變?yōu)榈碗娖诫娏髯優(yōu)楦唠娖剑娏鞣聪颍瑢Φ谝浑娫催M(jìn)行充電，第一全橋開關(guān)網(wǎng)絡(luò)I的交流側(cè)的兩端的電壓處于0以外，經(jīng)過第四開關(guān)管的體二極管、諧振電感和諧振電容，電流從勵磁電感和變壓器的初級側(cè)流出，然后再回到變壓器的初級側(cè)和勵磁電感，變壓器的初級側(cè)和諧振電容共同將能量傳遞至第一電源，實現(xiàn)變換器的增益加大效果。

3結(jié)束語

LLC諧振變換器提高電源系統(tǒng)公國效率，在全局積分滑模面進(jìn)行技術(shù)控制，建立系統(tǒng)的整體滑模運動，有效解決傳統(tǒng)的PI控制負(fù)載擾動大的問題，提高電動汽車的控制系統(tǒng)的動態(tài)跟蹤性能，增強整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性，在當(dāng)前車載電源恒壓模式下實現(xiàn)充電控制，提高電源控制的動態(tài)品質(zhì)。